Строим дом Мечты сбываются

Перегружена балка или плита? Слишком большие пролеты? Есть решения.

Какие приемы можно использовать, чтобы снизить напряжения в балке (плите), улучшить ее работу и даже заставить работать там, где она упорно отказывалась проходить по расчету?

В этот раз я хочу сразу начать с живого примера. Имеется у нас шарнирно опираемый элемент перекрытия (не важно, балка это или плита) с конкретным сечением, нагрузкой и длиной пролетов. Я специально не буду загромождать пример цифрами исходных данных, чтобы не отвлекать от сути. Состредоточимся на сравнении результатов расчета – перемещениях и изгибающих моментах.

 Итак, сначала рассмотрим трехпролетный элемент перекрытия. Анализировать будем две величины: вертикальные перемещения в балке (в миллиметрах) и изгибающие моменты (в тоннах на метр). Это два очень информативных фактора, которые влияют на балку.

Как видите, в крайних пролетах и прогиб, и изгибающий момент наибольшие среди пролетных моментов. Это закономерно для балок (плит) с любым количеством пролетов. Объясняется это тем, что на промежуточных опорах возникает надопорный изгибающий момент, разгружающий пролетные моменты (балка там гнется в другую сторону, и этот надопорный прогиб препятствует пролетному), а вот на крайних опорах момент равен нулю (при шарнирном опирании), прогибам в крайних пролетах препятствий меньше, следовательно они – наибольшие.

Также мы имеем значительный момент над промежуточными опорами и самый маленький момент в среднем пролете.

Как мы можем поиграть с расчетной схемой балки, не меняя ее сечения и нагрузок?

Вариант 1. Изменим величину пролетов.

Вариант 2. На крайних опорах заменим шарнир на защемление

Вариант 3. Добавим нашей балке (плите) консоли с двух сторон

 

Вариант 1. Изменим величину пролетов.

Средний сделаем больше, а крайние немного уменьшим (не меняя общую длину балки).

Как изменились при этом результаты расчета?

 

Общий прогиб балки уменьшился: в крайних пролетах он стал меньше (за счет уменьшения длины пролетов), а в среднем – увеличился, но не критично.

Изгибающие моменты в пролетах тоже стали более сбалансированными – нет такой сильной разницы, как была в равнопролетной балке. Но вот надопорный момент несколько возрос, а это потянет за собой увеличение арматуры.

Так лучше ли стала общая ситуация? В большинстве случаев лучше, но не всегда. Нужно сравнить, на сколько выросла арматура над опорой (и можем ли мы себе это позволить) и на сколько уменьшился прогиб и арматура в пролете. Ну, и про проверку на раскрытие трещин забывать не стоит. Иногда незначительное изменение пролетов может значительно улучшить расчетную ситуацию.

Вариант 2. На крайних опорах заменим шарнир на защемление.

Как этот шаг повлияет на результаты расчета при условии, что ничего больше мы не изменили?

Прогиб значительно уменьшится на крайних пролетах и увеличится в среднем. В общем, балка будет намного гармоничнее.

То же самое и с моментами: появится, правда, момент на крайних опорах, но зато все пролетные и надопорные моменты уменьшатся.

В общем, решение отличное. Жаль только, далеко не всегда можно обеспечить защемление конструкции.

Вариант 3. Добавим нашей балке (плите) консоли с двух сторон.

Решение кажется экстравагантным, но давайте посмотрим, к чему оно приведет.

Если сравнить балку без консолей (сверху) и такую же балку с консолями (снизу), максимальные перемещения в балке с консолями уменьшился в 2,5 раза.

С моментами вообще красивая картина: значительно уменьшились надопорные, уменьшились и сгармонизировались пролетные. Отличный результат.

Почему это произошло? Балка с консолями не имеет опор на концах, за счет этого происходит перераспределение напряжений, при котором особенно выигрывают примыкающие к консолям пролеты – у них уменьшаются прогибы и пролетные моменты. Это явление грамотный конструктов всегда учитывает и использует при возможности. Особенно хороши консоли при чрезмерно увеличенных пролетах – зачастую при наличии консоли балка (плита) выдерживает такие пролеты и нагрузки, о которых сложно и мечтать без консолей.

Хочу обратить ваше внимание, что не при каждом размере консоли результат будет одинаков. Вылет всегда нужно подбирать. На рисунке ниже показано сравнение трех вариантов: самой короткой консоли, консоли среднего размера (та, что рассмотрели выше) и самой длинной консоли.

Самая верхняя балка (плита) имеет небольшую консоль. Как видите по мозаике перемещений, концы консолей подскочили вверх (вместо того, чтобы опуститься вниз или по крайней мере не прогибаться). Это произошло из-за того, что соседний большой пролет настолько повернул балку на опоре, что консоль пошла вверх. Зато деформации в крайних пролетах практически не уменьшились по сравнению с бесконсольным вариантом, который мы рассматривали на первом рисунке в статье.

В консоли среднего размера все перемещения уменьшились (в сравнении с балкой без консолей) и сгармонизировались между собой – они почти одинаковые.

В слишком длинной консоли перемещения на концах уже слишком большие, вероятно они не пройдут по деформациям (это нужно проверять). Вообще нужно учитывать, что согласно ДСТУ Б.В.1-2-3:2006 "Прогибы и перемещения" для консолей допускается в два раза больший прогиб, чем для балки (плиты) на двух опорах. С учетом этого требования нужно подбирать такую максимальную длину консоли, чтобы и по прогибу она проходила, и крайние пролеты разгрузила максимально – это будет идеальное решение.

Теперь рассмотрим моменты для трех длин консолей.

С моментами повторяется та же история:

  • В случае с слишком короткой консолью моменты в крайних пролетах практически те же, даже чуть увеличились; моменты над опорами чуток возросли – в общем, картина мало изменилась.
  • В случае с слишком длинной консолью моменты над крайними опорами выросли стремительно, и это может стать большой проблемой при армировании и при расчете на трещиностойкость.

Помните, в большинстве случаев расчетную схему можно улучшить. Главное – оставаться всегда внимательными к работе конструкции. Усиление армирования или увеличение сечения – не единственный выход, бывают более изящные и экономически выгодные.

Я надеюсь, статья была полезной для вас. Вопросы пишите в комментариях.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Последняя статья на сайте

Если в фундаментной плите слишком большая верхняя арматура?

Бывает такая ситуация: принимаешь решение сделать под домом фундаментную плиту, выполняешь расчет в программном комплексе и обнаруживаешь странное явление: чрезмерную верхнюю арматуру в плите, прямо вот очень большую. Давайте рассмотрим на примере, откуда у этого явления ноги растут.

На рисунке показан результат расчета (верхнее армирование вдоль оси Х) обыкновенной фундаментной плиты с монолитными стенами по периметру (стены с плитой жестко связаны). Как видите, верхняя арматура достигла диаметра 18 мм с шагом 200 мм. Внушительно для небольшой плиты в частном доме.

В чем же причина такого явления?

Прочитать статью

Новые статьи

Последние комментарии

  • Михаил 13.12.2017 16:28
    Ирина, Вы молодец! Спасибо за Ваш труд!

    Подробнее...

     
  • Иринa 10.12.2017 06:52
    На облицовку опирать нельзя, лучше оставить зазор. А кирпич под плиту не помешает, чтобы газоблоку ...

    Подробнее...

     
  • Андрей 09.12.2017 16:01
    Стена из газобетона 400 с облицовкой, под плиту проложить 3 ряда кирпича поперек, чтобы половина ...

    Подробнее...

     
  • Иринa 09.12.2017 15:33
    Что значит "на облицовку? Звучит подозрительно... да, этого будет достаточно

    Подробнее...